烟气炉内脱硝技术[推荐技术方案]

烟气炉内脱硝技术电站锅炉、工业锅炉、焚烧炉、燃气轮机等的烟气会向环境排放NO和NO2等氮氧化物（通称为“NOX ”），氮氧化物（NOX）是造成大气污染的主要污染物，目前国内65%的NOX是燃煤产生的，而我国又是最大的煤炭生产国和消费国，因NOX对人体有害、引发酸雨、并且是光化学烟雾的重要产生原因，据专家预测，如不采取有效措施，随着工业的发展在未来5-10年内NOX 的排放将超过SO2而成为第一大酸性污染物。

NOX 的排放受到越来越严格的限制，现有控制NOX排放的技术主要有三种：1、分级燃烧，实施方式包括低NOX燃烧器（LNB）和燃料再燃。

但分级燃烧技术对NOX的生成和排放控制有一定限度，LNB一般只有30-50%的效率，再燃的效率约为50-60%，单采用分级燃烧难以达到NOX的排放控制标准。

2、选择性催化还原（SCR），即在催化剂表面、通过氨或尿素等含氮还原剂（N-agent）来还原NOX。

一般SCR系统安装在420℃左右的烟气温度范围。

虽然SCR系统能相对容易地实现80-90%的NOX降低率，但此方法存在的缺点是：需要设置催化剂反映塔、催化剂费用高、烟气中导致催化剂失效的因素较多，燃煤时催化剂的使用寿命仅约为四年，而且失效的催化剂是危险固废。

3、选择性非催化还原法（SNCR），在高温段将还原剂喷入从而将NOX还原为分子态的氮，现有技术中常用的还原剂是氨和尿素，此时SNCR只在一个很狭窄的温度范围内（氨：900-1100℃;尿素：900-1500℃）有效。

温度更高的条件下，还原剂本身被氧化成NO；而低于最佳反映温度时，选择性还原反应速度很慢从而造成未反应的还原剂泄漏（如氨泄漏）。

而且在现有的燃烧系统中，最佳温度范围（即通常被称为“温度窗口”）可能随时燃烧工况的变化（如锅炉负荷的变动）和烟道内较大的温度梯度的变化而发生改变，这给还原剂的喷射位置的确定带来了很大的困难。

除温度窗口外，影响SNCR的效果的因素还有烟气中的氧量等。

目前，国内外已开发出很多种NOX 的脱除工艺，在各种NOX脱除工艺中，燃煤锅炉采用M型NOX 低燃烧器及M型炉内燃烧脱NOX相结合的方法，可用于炉内主燃烧器燃烧区，未燃烧燃料和还原区，完全燃烧区，高温区和中温区脱除NOX，且能耐受烟气中氧量升高，脱NOX 还原剂泄露少的炉内脱NOX新技术。

具有不改变锅炉原有结构、无需巨额的前期改造资金、不改变现行的锅炉操作方式、无需占用大量的场地，占地面积小、脱NO X成本低、设施简单等优点，尤其适合老旧电厂进行脱NO X技术改造。

实验数据表明，炉内脱NO X效率≥80%。

该技术可达到较高的脱NO X效率而不需要昂贵的催化剂，比采用选择性催化还原法（SCR）和非催化性还原法（SNCR）技术的投资节省50%-70%，运行和维护费用节省60%-75%，脱NO X工艺简单，性能优越，省去了还原剂氨尿素及铵盐的添加，解决了催化剂堵塞和老化失效更换的问题，节约了大量的资源。

M型低NOX燃烧器与M型炉内燃烧脱NO X相结合的脱NO X方法，是一种无需大的设备投入，不用催化剂和免除还原剂氨泄漏，设备投资少，可用于炉内高温区和中温区脱除NO X且能耐受烟气中氧量升高、脱NO X还原剂泄露少的M型低NO X燃烧器和M 型炉内燃烧脱NO X相结合的炉内脱NO X技术方法。

一、NO X炉内燃烧控制技术某燃煤电厂3台600MW燃烧锅炉辐射再热式、超临界压力、变压运行直流燃煤锅炉，额定蒸发量为1950t/h。

炉内脱NO X系统采用M型低NO X燃烧器和M 炉内燃烧脱NO X2部分组成。

1、M型低NO X燃烧器（1）工作原理采用一次风不分股的低NO X燃烧器时，一次风的空气/煤粉比与NO X产生量的关系如图1所示。

图1 一次风的空气/煤粉比值与NOX产生量的关系由图可知：当一次风的空气/煤粉比值在0-Cmax之间时，NO X的产生量随空气/煤粉比的增加而增大；在空气/煤粉比接近Cmax时（煤中挥发性物质完全燃烧所需要的理论空气量与煤粉量之比），NO X的产生量出现最高值；当空气/煤粉比在Cmax-Cmin之间时，NO X的生产量随空气/煤粉比的增加而减少；在空气/的煤粉比接近Cmin时（煤粉完全燃烧所需要的理论空气量与煤粉量之比），NOX的产生量随空气/煤粉产生量达到最低值；当一次风的空气/煤粉比＞Cmin，NOX比的增加而急剧增加。

一般情况下，一次风的空气/煤粉比在C0附近，有时可能达到Cmax，这主要决定于干燥煤粉和输粉的条件。

因此，采用一次风不分股的低M型NO X燃烧器时，燃料燃烧所生成的NO X相当于（NO X）C0，NO X的生成量就有可能接近峰值；如果减少一次风的量，控制一次风的空气/煤粉比在较低水平，使煤粉在浓燃料的生成量，维持稳定燃烧，但飞灰中的未燃碳将条件下燃烧，虽然可以降低NOX很高。

反之，如果增加一次风量，将一次风的空气/煤粉比控制在较高水平，使的生成量和飞灰中的未燃碳，但燃煤粉在稀燃料条件下燃烧，虽然可以减少NOX烧不稳定。

燃烧器的基础上，研制了为解决类似矛盾，在一次风不分股的SGR型低NOX燃烧器，将一次风分成浓燃料和稀燃料2股，其一次风的空气/煤粉比M型低NOX的生成量的关系亦如图1所示。

浓燃料燃烧的空气/煤粉比在C1附近，生与NOX成的NO X为（NO X）c1；稀燃料燃烧的空气/煤粉比在C2附近，生成的NO X为（NO X）；一次风与粉煤燃烧生成的总NO X相当于（NO X）PM；SGR型低NO X燃烧器生c2成的NO X为（NO X）c0，显然，（NO X）PM＜（NO X）c0，由于浓燃料燃烧时的粉煤浓度大、着火温度低，产生了易于着火的粉煤气流，同时，浓相煤粉着火后产生集中的火焰，提供了稀相煤粉气流的着火能量，既提高了着火的稳定性，又降低了飞灰中的未燃碳。

（2）组成与结构M型低NOX燃烧器由浓燃料和稀燃料煤粉分离器、浓燃料煤粉喷嘴、稀燃料煤粉喷嘴、二次风喷嘴、再循环烟气喷嘴、油枪喷嘴组成，其结构如图2所示。

（1）特点a采用M型低NOX 燃烧器可以将NOX排放质量浓度控制在410mg/m3（本文烟气量均指标准状态值）以内；b点火的稳定性大大提高；c维持良好的燃烧，未燃碳较少；d锅炉的效率和性能较使用常规燃烧器时有不同程度的提高；e燃烧器结构简单，可燃用常规的燃烧煤；f与常规的燃烧系统组合时，没有因减排NO X而产生的专门费用。

2、M型炉内燃烧脱NO X法（1）工作原理锅炉燃烧所产生的烟气，大约95%的NO X是NO。

在炉膛内，NO有可能发生2种截然相反的化学反应：a在较低的反应温度和较高浓度O2的条件下，NO与O2发生氧化反应，生成NOX。

b在较高的反应温度和较低浓度O2的条件下，NO与煤炭发生还原反应，生成无害的N2。

在发生NO还原反应的同时，由于空气量不足，将造成烟气中的碳氢化合物和CO等可燃性物质增加。

在这种情况下，应当在NO 还原反应的下游区域，分级供给燃料完全燃烧所需要的空气量，使得燃烧完全燃烧。

M炉内燃烧脱NO X法的基本原理如图3所示。

燃料燃烧所需要的空气通过燃烧器喷嘴（MB）、然尽风喷嘴（OFA）和增量风喷嘴（AA）分3次在3个不同的燃烧区域供给，在炉膛内形成1.主燃烧气燃烧区2.未燃烧燃料和还原区3.完全燃烧区等3个不同的燃烧区或使得燃烧在3个不同的空气/燃料区域内完成，以实现空气的分级燃烧，延长完全燃烧的时间，降低炉膛温度水平，从而有效的抑制NO X产生，并保证燃料的完全燃烧。

3、燃烧过程如图3所示，M炉内燃烧脱NO X在各个燃烧区域的燃烧过程如下：（1）主燃烧器燃烧区。

在该区域，煤粉分成浓相燃料和稀相燃料2股，分别通过浓相燃料喷嘴和稀相燃料喷嘴由一次风送入燃料室，并与二次风在喷燃器口混合入炉燃烧，由于此燃烧区域内空气/燃料比较小，燃料供养不足、炉温较低，不仅减少了燃料型NOX的生成量，而且很少生成热力型NOX。

其主要化学反映为：C n H m+O2→CO2+H2O （1）N+O2→NO （2）（2）未燃烧燃料和还原区。

当燃烧着的气粉流与燃尽风喷嘴（OFA）供给的燃尽风相遇时，燃烧进入未燃烧燃料和还原区域。

在此区域内，燃料因接触到补充的空气而进一步燃烧，炉温相对升高，同时，煤炭参与燃烧。

由于此区域内空气/燃料比刚刚接近于燃烧所需要的理论空气量，燃料供氧仍然不足，煤炭的还原能力很强，部分NOX 被还原，因此，实际生成的NOX反而减少。

主要化学反应为：C n H m+O2→H2+CO+C n′H m′（3）C n′H m′+NO→Nh i+N2+C n′′H m′′（4）（3）完全燃烧区。

在炉膛上部，通过增量风喷嘴（AA）将燃料燃烧所需要的过量空气送入炉膛，形成完全燃烧区。

在该区域内，由于过量空气的存在，保证了煤粉的完全燃烧及锅炉的效率，将飞灰的含碳量控制在合理的范围内。

同时，由于过量空气的存在烟气中存在的过剩氧气与游离氮结合生成部分NO X。

但是，此时燃烧温度已降低，NO X的生成量是有限的。

主要化学反应为：C n′′H m′′+ O2→CO2+H2O （5）C n′H m′+O2→CO2+H2O （6）CO+H2+O2→CO2+H2O （7）Nh i+ O2→NO+N2 （8）3、技术特点（1）对燃料的适应性强，适用于煤、油、汽等燃料：（2）不增加机组运行费用，不用触媒，也不需要喷氨；（3）不增加新的环境污染物；（4）锅炉效率和烟气量不发生变化；（5）锅炉运行状况好，燃烧稳定，能保证锅炉的安全运行；（6）脱NO X效率高，最高可达50%；二、M型炉内燃烧脱NO X法的运行与控制效果某燃煤厂1~3号机组600MW燃煤锅炉采用双炉膛、双火球设计，同时采用M 型低NO X燃烧器和M型炉内燃烧脱NO X法控制NO X。

每台炉有5层，每层布置8只，共40只，M型低NO X燃烧器，16只油燃烧器。

每台锅炉共设计80个一次风喷嘴、24个二次风喷嘴、16个带油枪的二次风喷嘴、8个燃尽风喷嘴（OFA）的产生，同时/24个增量风喷嘴(AA),以实现空气的分级燃烧，有效地抑制NOX保证燃料的完全燃烧。

1~3号锅炉实际运行中NO X排放质量浓度、锅炉效率、飞灰中未燃烧质量分数、省煤器出口CO、省煤器出口氧量等的测试结果见表1.1、NO X的控制效果据调查，我国燃煤电厂中采用常规燃烧器的固态排渣锅炉中的NO X排放质量浓度一般在600~1200mg/m3之间；而采用低NO X燃烧器的固态排渣锅炉中，NO X的排放质量浓度一般在400~500mg/m3之间。

据介绍，单独采用M型低NO X 燃烧器，可以将NO X的排放质量浓度控制在410mg/m3以内；采用M型炉内燃烧脱NO X法，其脱NO X效率最高可达50%。